煤矿井下用移动式救生舱的试验方法_余博龙

法。国家 煤 矿 安 全 监 察 局 办 公 室，煤 监 局 司 函 办 〔2009〕34 号文件，部署了“关于做好煤矿井下避灾 所（ 救生舱） 建设试点项目申报工作的通知”，并提 出了“煤矿井下避难所试点建设基本要求（ 试行） ”。 要求指出了井下避难所的位置、人数及通用技术条 件，包括安全防护、氧气供给、有害气体处理、温湿度 控制、通讯、照明及指示、基本生存保障等功能，保证 在无任何外部支持的情况下维持避难所内额定避险 人员生存（ 即避难所额定防护时间） 96 h 以上。
摘 要：简要总结目前国外煤矿井下救生舱的应用现状，并介绍了我国研制进程。根据国家安全
产品检验要求及现有主要厂家救生舱的技术条件，进行各参数试验的安全评价，提出了主要型式
试验的方法。为全面系统的加快我国矿山应急避险安全防护体系建设提供技术支持。
关键词：煤矿井下； 救生舱； 安全防护； 试验方法
中图分类号：TD77 + 4
（ 3） 空气净化与温湿度调节系统。救生舱内环 境各项指标的要求见表 2。救生舱采用空调机组调 节温度、湿度时，应操作简单且能自动控制，并且在 外界电力供应中断或空调机组意外停转情况下能够 满足舱内制冷除湿的需要。
项目 指标
O2 浓度 / % 18． 5 ～ 23
表 2 救生舱内环境指标
CO 浓度 /10 － 6 CO2 浓度 / % H2 S 浓度 /10 － 6 CH4 浓度 / %
（ 2） 氧气供给保障系统。在有效防护时间内， 救生舱应具备压风、自备压缩氧气及化学氧气 3 级 供氧保障体系，保障救生舱内人员呼吸 O2 浓度在 18． 5% ～ 22． 0% 之间，最高不超过 23% 。以人均耗 O2 量 0． 4 L / min 计算，能单独保证救生舱的额定保 护时间，且安全系数≥1． 2 倍。
（ 5） 通讯系统。救生舱应具备有线通讯、无线 通讯、应急通讯及各通讯方式失效情况下的信息交 流方法，形成多级通讯保障体系。各通讯设备应技 术先进、安全可靠，符合本质安全型要求和各自产品 标准的规定。救生舱应具备与井下通讯网连接的接 口； 无线、应急通讯应具备双向通讯功能，通讯距离 应≥1 000 m。
器
± 20 Pa
8 热磁 O2 分析仪
0 ～ 100% ，准确度 0． 1%
9 红外线 CO2 分析仪 0 ～ 5% ，准确度 0． 1%
10 恒温箱
内有加热、温控、风扇等，（ 室温 ～ 80℃ ） 可调控
11
采集 器、计 算 机、打 印机
接口为 485
3． 3 试验条件 救生舱的防护性能试验参数见表 4。
（ 6） 照明及指示系统。救生舱应配备照明设 备，保证额定工况下的照明需要。照明设备应符合 防爆安全需要，具备高安全性和低能耗的特点。外 部应有外部指示灯。指示灯应为本质安全型，适应 所处环境要求，并有相应的安全防护，宜采用高穿透 性灯源。
（ 7） 动力供应系统。硬体救生舱应具备外部电
源接入接口，在救生舱处于备用状态下利用外部电 源对救生舱内部电源充电。外部电源及电源接口应 有完善的安全保护，保证在意外情况下的供电安全 及灾变条件下外部电源中断时救生舱内部的供电安 全。
（ 1） 标定气体分析仪和其它测量仪器。 （ 2） 标定呼吸机的呼吸量、呼吸频率、CO2 进入 流量、N2 进入流量、O2 耗量。 （ 3） 检查系统的气密性。 （ 4） 将救生舱分别按表 5 要求接入恒温箱（ 37 ± 2） ℃ 的试验环境，进行防护性能试验。 3． 5 整体气密性试验方法 气密性的试验装置，如图 1 所示。在正常使用 的情况下，硬体舱的压差≥100 Pa、软体舱的压差≥ 400 Pa、过渡舱和生存舱正压时，压力≥200 Pa； 施压 试验用抽气装置抽气，使硬体呼吸系统内的压力为 + 1 000 Pa，软体在 + 500 Pa 压力下，历时 1 min 观 察水柱压力下降值。
1 救生舱的基本参数
（ 1） 额定人数： 8 ～ 36 人。 （ 2） 额定防护时间： ≥96 h。 （ 3） 起动时间： ≤30 s。 （ 4） 抗冲击能力： 0． 3 ～ 2． 0 MPa。 （ 5） 可承受最大爆炸冲击压力： 2． 0 MPa。 （ 6） 瞬间耐高温能力： 1 200℃ 。 （ 7） 持续耐高温能力： 55 ℃ / h。 （ 8） 最大耐水压能力： 10 kPa。 （ 9） 规格尺寸（ 长 × 宽 × 高） ： mm × mm × mm， 软体救生舱包括起动前后的规格尺寸。 （ 10） 空载质量： 6 t / 节。
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3 救生舱型式试验
3． 1 基本要求 用目测方法检查救生舱的外观情况，使用有效
的单位米尺进行测试，测试结果应符合相关标准。 3． 2 安全防护时间测定
额定防护时间测试用的主要仪器见表 3。
表 3 额定防护时间测试用的主要仪器设备
序号
仪器名称
规格要求和说明
1 仿人工呼吸机
呼吸量 10 ～ 50 L / min，频率 10 ～ 30 次 / min，呼吸比 1∶ 1
供氧方式
救生人数 /人 避难时间 /h
主辅渡舱 密封形式 CO2 处理 降温措施 抗温方法 救护装备 通讯方式
表 1 国内主要厂家煤矿井下救生舱技术条件
上海鹏燕
移动 气胀软体
化学氧 压缩氧 压缩空气 8 ～ 36 96 主辅一体 正压圆式 化学吸收 干冰降温 加保温层 苏生器 无线通讯
北京科大
移动 钢结构硬体
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分析·探讨
（ 8） 生存保障系统。救生舱应配备在额定防护 时间内额定人员生存所需要的食品和饮用水，并有 足够的安全余量。食品配备≥2 000 kJ / （ 人·d） ， 食用水 500 mL / （ 人·d） 。救生舱应配备应急救助 所需要医疗设备，包括急救箱、苏生器等。救生舱应 配备必要的应急维修所需工具箱、灭火工具等。救 生舱应具有人体排泄物处理功能。
额定防护 时间 /h
96
恒温箱温度 /℃
37 ± 0． 5
劳动强度 静坐
表 4 救生舱的防护性能试验参数
测定起止 时间 /h
0 ～ 96
呼吸量 / L·min － 1
10 ± 0． 3
呼吸频率 / min － 1
（ 10 ～ 20） ± 1
呼吸试验条件
N2 进入量 / L·min － 1
0． 312
为 1 200℃ 条件下，可以直接酒精灯喷烧 2 min 后， 然后检查各零部件是否变形、开裂、发粘、变脆、变硬 情况。
（ 2） 持续温度要求。试验装置见图 2，救生舱内 部制冷起动开始正常工作时，环境在大于样品 20% 体积的环境中，硬体温度设置 60℃ ± 2℃ 的额定防 护时间，软体温度设置 45℃ ± 2℃ 的 16 h 情况下，整 体内部温度应≤33℃ ± 2℃ ，舱体的阻燃、强度、耐 磨、耐老化、耐高温等安全性能应符合 HG / T 2198 的规定，抗静电性能符合 MT 113 的规定，应符合现 有技术要求。
文献标志码：B
文章编号：1003 － 496X（ 2011） 08 － 0171 － 04
0引言
调研发现，南非、加拿大、美国、澳大利亚等采矿 业发达国家，对矿井事故的应急救援工作十分重视， 将避难所和救生舱等装备作为地下矿山应急救援工 作的重要部分进行了大量的研究，并已有多次成功 营救的经验。其中南非政府对煤矿井下避难所已制 定完善的标准规范，美国、澳大利亚也都通过法律法 规明确规定了救生舱及避难所在矿山安全防护体系 中的应用。我国在矿用救生舱、避难所等方面的研 究刚刚起步，“十 一 五 ”期 间，我 国 首 次 提 出 以 应 急 避难空间为基础的煤矿新型安全防护体系，通过在 井下布置救生舱、避难所与矿井各系统结合形成救 援网络，在煤矿事故中为被困作业人员提供应急避 难空间，降低煤矿事故死亡率。体系建设研究指出， 避难室、救生舱在矿井实际条件中的设置原则和方
≤24
＜ 1． 0
≤6
≤1． 0
温度 /℃ 33 ± 2
湿度 /% ≤85
烟雾浓度 /% 22
（ 4） 环境监测系统。救生舱内环境监测的参数 至少应包括 CO、CO2 、O2 、CH4 、H2 S、温度和湿度及 压力 等； 舱 外 环 境 监 测 参 数 至 少 应 包 括 CO、O2 、 CH4 、CO2 、温度和压力。并能进行实时监测、显示并 超限报警，测试数据采集存在等。
三一重装 移动
钢结构硬体
6 ～ 36 48 ～ 72 无过渡舱 正压门式 自动式 空调制冷 加保温层 自救器 无线通讯
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（ 第 42 卷第 8 期）
分析·探讨
求，先期对重点厂家救生舱试验结果进行评价。安 标国家检验中心抚顺检验站进行了救生舱的试验评 价工作，结合沈阳研究院引进的澳大利亚澳凯斯的 技术及国内生产的救生舱样机，提出了救生舱主要 技术参数及型式试验的要求，进而确定救生舱行业 标准，以促进和完善国家矿山安全防护应急救援体 系建设。
分析·探讨
（ 2011 － 08）
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煤矿井下用移动式救生舱的试验方法
余博龙1 ，温禄淳2 ，余 进3 ，张连成4
（ 1． 煤炭科学研究总院 安全工程分院，北京 100013； 2． 煤炭科学研究总院 沈阳研究院，辽宁 抚顺 113122； 3． 国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心，辽宁 抚顺 113122； 4． 上海鹏燕矿业安全设备制造有限公司，上海 201602）
（ 9） 实现应急救援而形成多级防护体系。救生 舱应具有应急逃生口，在救生舱舱门无法正常开启 的紧急情况下，遇险人员能够借此逃生。应急逃生 口应设置在与舱门相对的另一侧，面积应大于 0． 3 m2 ，并确保人员逃生安全。如果能够确保救生舱门 无障开启，可以不设应急逃生口。
分析·探讨
Hale Waihona Puke （ 2011 － 08）3． 4 综合防护性能 进入救生舱个人佩带面罩进行呼吸时（ 包括整
体环境人员呼吸参数测试） ，按额定人数每 1 个人 连接仿人工呼吸装置系统，此系统应符合 MT 59 标 准规定要求。
除仿人工呼吸机、加温增湿器外，呼吸气路总容 积应按设计范围内每个 2 ～ 8 L。其中加温增湿器 （ 水分饱和器） 出口和连接呼吸器口具三通管，这段 管路应包上保温材料保温。
CO2 进入量 / L·min － 1
0． 4 ± 0． 05
耗氧量 / L·min － 1
0． 4 ± 0． 02
1 － 救生舱呼吸系统； 2 － 三通； 3 － 水柱压力计； 4 － 启闭开关
图 1 救生舱呼吸系统气密性试验装置
3． 6 高温试验方法 （ 1） 瞬间耐高温。在瞬间（ ≤0． 2 s） 环境温度
压缩氧 压缩空气
6 ～ 36 48 ～ 96 无过渡舱 正压门式 自动式 空调制冷 加保温层 自救器 无线通讯
中航 304 所
移动 钢结构硬体
压缩氧 压缩空气 12 ～ 36 48 ～ 120 无过渡舱 正压门式
自动式 空调制冷 加保温层
自救器 无线通讯
哈工大 固定
钢结构硬体
压缩氧
6 ～ 36 56 ～ 96 无过渡舱 正压门式 自动式 空调制冷 无保温层 自救器 有线通讯
2 湿式气体流量计
0 ～ 5 m3 / h，精度 ± 1%
3 鼓泡式加温增湿器 （ 37 ± 2） ℃
4 温度测试仪
0 ～ 100℃ ± 1℃
5 温度指示控制仪
0 ～ 100℃ ± 2℃
6 采气泵
4 ～ 6 L / min
7
压 力 表 或 压 力 变 送 量程 － 2 000 ～ 2 000 Pa，精确度
目前，国内已有多家研制出各种类型救生舱，其 主要参数如表 1 所示。
按国家煤矿安全监察局要求，山西潞安集团先 行试点，其中移动救生舱 6 台已下井试验。国家安 标中心及国家安全产品检验站迅速开展有关型式试 验和标准的研究工作，国家安标中心依据矿用产品 安全标志技术审查意见 ，提出了救生舱检验规范要
单位 使用方式 整体结构
2 救生舱的功能要求
（ 1） 应具备安全防护系统。救生舱的额定防护 时间不低于 96 h，舱内的有效容积，应保证人均占有 面积≥1． 5 m2 ，整体容积≥10． 0 m3 。观察窗材质应 具有与整舱相匹配的耐高温、抗冲击等性能。硬体 救生舱体应承受≥2． 0 MPa 的冲击压力。软体救生 舱储存柜应能承受 0． 1 MPa 的冲击压力，舱体的阻 燃、强度、耐磨、耐老化、耐高温等安全性能。